بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
ظرفیت گرمایی ویژه
فصل دوم شیمی سال سوم
اسلاید 2 :
تعریف ظرفیت گرمایی ویژه
مقدار گرمایی است که واحد جرم برای بالا بردن
دمای یک درجه سانتی گراد به آن نیاز دارد.
ظرفیت گرمایی ویژه یک خاصیت فیزیکی ماده است که با دما ارتباط دارد و دما هم بستگی مستقیم به حرکت مولکول ها دارد
اسلاید 3 :
اصطلاح ظرفیت گرمایی برای اولین بار توسط فیزیکدان اسکاتلندی جوزف بلاک که روی واحد های اندازه گیری دما کار می کرد مطرح شد.
آیا می دانید؟
نام: جوزف بلاک
دانشمند و فیزیک دان اسکاتلندی
دلایل شهرت:
کاشف گاز کربنیک
کاشف گرمای نهان،
بنیانگذار ظرفیت گرمایی
اسلاید 4 :
یک ماده با ظرفیت گرمایی بالا انرژی بیشتری برای افزایش دما لازم دارد. به طور مثال هشت برابر انرژی بیشتری نیاز است تا دمای
یک شمش منیزیم (گرمای ویژه1020 J/kg.K)
را نسبت به شمش سرب
(ظرفیت گرمایی ویژهJ/kg.K129 )
به یک اندازه تغییر دهیم.
اسلاید 5 :
Q=mcΔT
رابطه
مقدار گرما Q :
m : جرم ماده
C: ظرفیت گرمایی ویژه
ΔT: اختلاف دما
اسلاید 6 :
نحوه افزایش دمای آب
هنگامی که جنبش ذرات ماده زیاد شود، این حرکت و جنبش به صورت افزایش دما خود را نشان میدهد.حال هنگامی که جاذبه و پیوند بین ذرات ماده ضعیف باشد، با دادن اندک گرمایی به جسم، ذرات آن از قیدوبند رها شده و شروع به جنبش و حرکت میکنند، درنتیجه زود گرم میشود. چنین مادهای دارای ظرفیت گرمایی اندکی است. اما هنگامی که ذرات و اتمهای یک ماده با پیوندهای قوی به هم متصل شده باشند، با دادن اندک انرژی یا گرما به آن، ذرات از قید و بند رها نشده و شروع به حرکت نمیکنند. در چنین جسمی برای رهاندن ذرات از قیدوبند جاذبهی بین ذرات، نیاز به دادن گرمای بیشتری است و درنتیجه ظرفیت گرمایی این ماده بالا میرود.
اسلاید 7 :
نحوه افزایش دمای آب
اسلاید 8 :
نحوه افزایش دمای آب
غیر از نوع و ذات اتمهای موجود در یک ماده ، حالت ماده نیز در تعیین ظرفیت گرمایی مهم است، زیرا در حالتهای مختلف از یک جسم، پیوندهای بین ذرات آن هم متفاوت میشود. به عنوان مثال در آب، مولکولها به وسیلهی پیوندهای قوی هیدروژنی به یکدیگر متصل هستند. در چنین شرایطی برای سست کردن یا پاره کردن این پیوندها و به حرکت درآوردن مولکولها و سرانجام افزایش دمای آب، نیاز به دادن انرژی و گرمای زیادی داریم و درنتیجه ظرفیت گرمایی آب زیاد میباشد.
اسلاید 9 :
نحوه افزایش دمای آب
اما در یخ، آرایش مولکولها به نحو دیگری است، مولکولهای آب به صورت ششضلعیهایی کنار هم قرار میگیرند طوریکه یک فضای خالی بین این ششضلعیها به وجود میآید. حال انرژی اندکی برای تخریب این ساختمان مورد نیاز است، درنتیجه ظرفیت گرمایی یخ کمتر از ظرفیت گرمایی آب میباشد.
اسلاید 10 :
با این توضیحات می توان نتیجه گرفت که این موضوع
(تغییر ظرفیت گرمایی با تغییر حالت ماده)
در مورد تمام مواد صدق می کند.
به عنوان مثال ظرفیت گرمایی کلروفورم
در حالت گازی 65/81 و در حالتمایع برابر 116/3 استCHCl3
j/mol.k
حال که به نحوه افزایش دمای مواد واقف شدید به عوامل تاثیر گذار بر روی ظرفیت گرمایی ی پردازیم :
اسلاید 11 :
درجات آزادی و ظرفیت گرمایی
ابتدا لازم است ، انواع حرکت های ممکن برای یک مولکول را بررسی نماییم: یک مولکول می تواند دارای حرکت های زیر باشد:
1- انتقالی
2- دورانی یا چرخشی
3- ارتعاشی
اسلاید 12 :
انتقالی : (translation)
عبارت از حرکت مرکز جرم مولکول است .
اسلاید 13 :
دورانی یا چرخشی : (rotation)
عبارت از حرکت دورانی مولکول حول محوری که از مرکز جرم آن می گذرد.
اسلاید 14 :
ارتعاشی : (vibration)
شامل نوسان اتم های مولکول به نحوی که مجموعا تاثیری در حرکت مرکز جرم یا دوران حول این مرکز نداشته باشد.
اسلاید 16 :
انواع حرکت ها در مولکول ها
الف : مولکول تک اتمی :
این نوع مولکول ها فقط دارای ۳ حرکت انتقالی در سه جهت محورهای x,y,z هستند و دارای حرکت های دیگر نیستند.
اسلاید 17 :
انواع حرکت ها در مولکول ها
ب : مولکول دو اتمی :
این نوع مولکول ها دارای سه نوع حرکت انتقالی ، ۲ حرکت دورانی و یک حرکت چرخشی می باشند .برای نمونه مولکول را در نظر بگیرید .اگر محور X را بعنوان محور پیوند در نظر بگیریم ، که مرکز جرم آن نیز روی این محور قرار دارد ، در خواهیم یافت که مرکز جرم این مولکول درراستای یکی از محورهای x,y,z می تواند جابجا شده و دارای سه حرکت انتقالی خواهد بود .
حال اگر محوری که از مرکز جرم آن می گذرد و همین محور راستای پیوند آن نیز باشد و این محور را x بنامیم ، این مولکول دارای دو حرکت چرخشی خواهد بود . یکی حول محور y و دیگری حول محور z .
در مولکول دو اتم H و می توانند از هم دور و یا نزدیک شوند ، پس دارای یک حرکت ارتعاشی نیز خواهد بود .
تین بررسی درمورد کلیه مولکول های خطی صادق است . بنابر این هر مولکول خطی یا دو اتمی در مجموع می تواند دارای ۳حرکت انتقالی ، ۲ حرکت چرخشی و ۱ حرکت ارتعاشی باشد . بنابر این هر مولکول خطی دارای ۶ درجه آزادی است.
اسلاید 18 :
انواع حرکت ها در مولکول ها
ج : سایر مولکول ها :
در سایر مولکول ها درجات آزادی از رابطه N 3 محاسبه می شود. که N تعداد اتم های تشکیل دهنده مولکول است . که ۳حرکت انتقالی ، ۳حرکت چرخشی و بقیه آن ارتعاشی خواهد بود .
اگر ماده از حالت گاز به حالت مایع یا جامد تبدیل شود ، از تعداد درجه های آزادی مولکول ها کاسته می شود . به عنوان نمونه اگر هیدروژن کلرید گاز به مایع تبدیل شود وجود نیروهای جاذبه بین مولکولی از چرخش کامل مولکول جلوگیری می کند و مولکول تنها دارای حرکت انتقالی و ارتعاشی می شود . یعنی حد اکثر درجات آزادی آن ۴ می شود.
بنا بر این انتظار داریم ظرفیت گرمایی ویژه این ماده در حالت مایع بیشتر از حالت جامد باشد.چون درجات آزادی در حالت مایع بیشتر از حالت جامد است . در حالت مایع میانگین شدت جنبش های انتقالی ، ارتعاشی و چرخشی ممانعت شده و در حالت جامد فقط میانگین شدت جنبش های ارتعاشی باید افزایشمی یابد تادمای ۱ گرم به اندازه ۱ درجه زیاد شود.
اسلاید 19 :
بررسی ظرفیت گرمایی گازها
وقتی گازی را گرم می کنیم ، انرژی جذب شده ، سبب بالا رفتن انرژی انتقالی آن می شود و در مورد گاز های چند اتمی افزایش انرژی سبب افزایش انرژی چرخشی و ارتعاشی نیز می شود.
گرمای ویژه متوسط در هر دما عبارت است از مجموع گرماهای ویژه جنبشی انتقالی ، چرخشی و ارتعاشی .
اسلاید 20 :
بررسی ظرفیت گرمایی گازها
ظرفیت گرمایی گاز های تک اتمی :
نتایج تجربی نشان می دهد که ظرفیت گرمایی مولی برای گاز های تک اتمی در فشار ثابت ۷۹/۲۰ است . گرمای ویژه در این گازها فقط شامل انرژی جنبشی انتقالی است .
